Тестирование мобильного и портативного аналогового сотового радиосвязного оборудования

Тестирование мобильного и портативного аналогового сотового радиосвязного оборудования

Введение
Несмотря на повсеместный переход на цифровые стандарты связи, аналоговые сотовые системы (такие как AMPS, NMT и их аналоги) все еще могут находиться в ограниченной эксплуатации в специфических нишах или требовать обслуживания устаревшей инфраструктуры. Кроме того, принципы тестирования многих базовых параметров радиооборудования остаются общими. Обеспечение надежности, безопасности и соответствия установленным требованиям для мобильных (установленных на транспорт) и портативных (носимых) аналоговых сотовых устройств требует проведения комплексных испытаний. Данная статья рассматривает ключевые аспекты этого процесса.

1. Объекты испытаний

Объектами испытаний выступают компоненты аналоговой сотовой системы, работающие в соответствующих частотных диапазонах (например, 450 МГц, 800 МГц, 900 МГц):

1. Абонентское оборудование:

   • Портативные радиостанции (трубки): Компактные, носимые пользователем устройства с батарейным питанием.
   • Мобильные радиостанции: Устройства, предназначенные для установки на транспортные средства (автомобили, суда, поезда), питание от бортовой сети.
   • Транспондеры/Бортовые устройства: Специализированные устройства для телеметрии или автоматических систем.

2. Инфраструктурное оборудование (в контексте тестирования терминалов):

   • Базовые приемопередающие станции (БС): Хотя полное тестирование БС – отдельная задача, их имитаторы (см. раздел 4) являются критически важным оборудованием для тестирования абонентских устройств в лабораторных условиях.

2. Область испытаний (Основные тестируемые параметры и характеристики)

Испытания охватывают широкий спектр параметров, которые можно сгруппировать по функциональным блокам и аспектам работы:

1. Радиопередающий тракт (Tx):

   • Выходная мощность: Измерение уровня мощности передатчика на антенном выходе (пиковая мощность, мощность в канале).
   • Стабильность частоты: Отклонение несущей частоты передатчика от номинального значения под воздействием температуры, напряжения питания, времени.
   • Чистота спектра (излучения вне полосы): Уровень паразитных излучений (гармоники, побочные колебания, внеполосные излучения) за пределами разрешенной полосы канала.
   • Модуляционные характеристики: Точность и качество частотной (ЧМ) или амплитудной (АМ, реже) модуляции (девиация частоты, коэффициент модуляции, линейность).
   • Включение/Выключение передатчика: Характеристики переходных процессов при включении (время нарастания) и выключении (время спада) мощности, уровень "подхвата".

2. Радиоприемный тракт (Rx):

   • Чувствительность: Минимальный уровень сигнала на входе приемника, при котором обеспечивается заданное качество связи (часто измеряется как уровень сигнала для 12 дБ SINAD или 20 дБ коэффициента подавления шума).
   • Селективность: Способность приемника выделять полезный сигнал и подавлять мешающие сигналы на соседних и зеркальных частотах, а также внеполосные помехи.
   • Динамический диапазон: Способность приемника обрабатывать сильные сигналы без блокировки или перекрестной модуляции и сохранять работоспособность при наличии близких по частоте мешающих сигналов.
   • Коэффициент подавления шума (SINAD, Signal-to-Noise and Distortion): Комплексный параметр, оценивающий качество демодулированного аудиосигнала с учетом шумов и искажений. Основной критерий для определения чувствительности в аналоговых ЧМ-системах.
   • Частотная стабильность приемника: Отклонение частоты гетеродина приемника.

3. Аудиотракт:

   • Качество аудиосигнала: Разборчивость речи, уровень искажений на входе (микрофон) и выходе (телефонный капсюль/динамик) приемопередатчика.
   • Уровни аудиосигналов: Выходная мощность звука, уровень сигнала микрофона.

4. Управление и интерфейсы:

   • Функциональность клавиатуры и дисплея (если есть).
   • Работа органов управления (громкость, PTT).
   • Работа разъемов (антенный, микрофонный, гарнитурный, программирования).

5. Электромагнитная совместимость (ЭМС):

   • Устойчивость к помехам (Immunity): Способность оборудования корректно работать при воздействии внешних электромагнитных полей (радиочастотных, электростатических разрядов, наводок по цепям питания).
   • Электромагнитные помехи (EMI): Уровень помех, создаваемых самим оборудованием и излучаемых в окружающую среду или наводимых на провода питания/управления.

6. Климатические и механические испытания:

   • Температурный диапазон: Работоспособность при экстремально высоких и низких температурах, а также при циклических изменениях температуры.
   • Влагоустойчивость и водозащищенность (особенно для портативных устройств): Испытания в условиях высокой влажности, воздействия брызг или погружения (по классу IP).
   • Вибрационная и ударная стойкость: Проверка устойчивости к вибрациям при эксплуатации на транспорте и к ударным воздействиям (падения для портативных устройств).

7. Энергопотребление:

   • Ток потребления в режимах: Ожидания (дежурный режим), приема, передачи.
   • Время работы от батареи (для портативных устройств).

3. Методы испытаний

Методы тестирования зависят от конкретного параметра и стандартов, но общие подходы включают:

1. Лабораторные измерения с использованием специализированного оборудования: Основной метод для точных измерений параметров Tx/Rx, аудио и ЭМС. Используются анализаторы спектра, измерители радиочастотных параметров, генераторы сигналов, имитаторы базовых станций, измерители мощности, измерители коэффициента шума, аудиоанализаторы, камеры ЭМС.
2. Тестирование в контролируемой среде:
   • Экранированные камеры (безэховые камеры): Для точных измерений излучаемых помех (EMI) и испытаний на устойчивость к радиочастотным полям (Immunity) в отсутствие внешних помех.
   • Климатические камеры: Для испытаний при экстремальных температурах и влажности.
3. Функциональное тестирование в реальных условиях (Field Testing): Проверка работы оборудования в реальной сотовой сети или с использованием передвижной измерительной лаборатории. Оценка зоны покрытия, качества связи, взаимодействия с инфраструктурой. Часто дополняет лабораторные испытания.
4. Субъективная оценка качества звука: Проведение тестов на разборчивость речи с участием операторов.
5. Механические испытания: Использование вибростендов и ударных стендов для воспроизведения заданных профилей вибраций и ударов.
6. Статические испытания на падение (для портативных устройств): Проведение серии падений устройства с заданной высоты на различные поверхности для оценки ударопрочности корпуса и внутренних компонентов.

4. Испытательное оборудование

Для проведения всесторонних испытаний требуется широкий спектр измерительного и вспомогательного оборудования:

1. Базовые измерительные приборы:
   • Векторный анализатор сигналов: Ключевой прибор для измерения выходной мощности, частоты, чистоты спектра, характеристик модуляции.
   • Измеритель радиочастотных параметров (Тестер ВЧ параметров): Комбинированный прибор, часто включающий функции анализатора спектра, генератора сигналов, измерителя мощности, частотомера, счетчика искажений, измерителя коэффициента шума. Универсальный инструмент для тестирования Tx/Rx.
   • Генератор сигналов: Источник высокостабильных ВЧ сигналов с возможностью модуляции (ЧМ, АМ) для тестирования приемного тракта.
   • Измеритель мощности: Для прямого измерения мощности передатчика.
   • Частотомер: Высокоточное измерение частоты.
   • Аудиоанализатор: Измерение параметров аудиосигналов (уровень, коэффициент нелинейных искажений (THD+N), SINAD).
   • Осциллограф: Контроль формы сигналов в различных точках схемы.
   • Мультиметр/Регистратор данных: Измерение напряжений, токов потребления, температуры.
2. Специализированное оборудование для тестирования сотовых систем:
   • Имитатор базовой станции (БС): Устройство, эмулирующее работу сотовой сети (каналы сигнализации, управляющие каналы, каналы трафика). Позволяет проводить комплексное функциональное тестирование абонентского оборудования в лаборатории: регистрацию в сети, установку вызова, передачу данных (если поддерживается), измерение чувствительности и селективности в условиях, приближенных к реальным.
   • Измеритель SINAD: Специализированный прибор для быстрого и точного измерения чувствительности приемника по критерию 12 дБ SINAD.
   • Тестер батарей: Для оценки емкости и времени работы портативных устройств.
3. Оборудование для испытаний на устойчивость к внешним воздействиям:
   • Экранированная безэховая камера: Для измерений ЭМИ и испытаний на устойчивость к ВЧ полям.
   • Генераторы помех: Источники электромагнитных полей различного типа (непрерывные, импульсные) для испытаний на устойчивость.
   • Климатическая камера: Для температурных и влажностных испытаний.
   • Вибростенд/Ударный стенд: Для механических испытаний.
   • Камера для испытаний на брызгозащищенность/водонепроницаемость.
4. Вспомогательное оборудование:
   • Эквиваленты антенн (нагрузки): Замещают антенну для измерений в контролируемых условиях.
   • Аттенюаторы, ответвители, циркуляторы: Для управления уровнями сигналов и защиты приборов.
   • Звукомерная камера (Искусственное ухо/Искусственный рот): Для стандартизированных измерений параметров аудиотракта.

Заключение
Тестирование мобильного и портативного аналогового сотового оборудования – это комплексный и многоэтапный процесс, требующий глубокого понимания принципов работы систем связи, применимых стандартов и владения широким арсеналом измерительной техники. Несмотря на устаревание самих стандартов, методы проверки ключевых параметров радиочастотного тракта, электромагнитной совместимости и устойчивости к внешним воздействиям остаются актуальными и переносятся на современные технологии. Тщательное проведение испытаний по всем ключевым областям является залогом надежной, безопасной и соответствующей нормативным требованиям работы радиосвязного оборудования.